嗜盐古菌是大多生活在极端高盐环境(如盐湖、盐矿和晒盐场)中的一类化能异养型单细胞原核微生物,具有特殊的代谢能力,并且在生物医学材料,高盐废水处理,食品加工等方面具有重要的应用前景。大多嗜盐古菌能分泌一种类似于细菌素的蛋白类抗生素,即嗜盐菌素。这在嗜盐古菌竞争营养物质和有限的生存空间方面发挥重要作用。

前人的研究结果显示嗜盐菌素能结合在敏感菌株的细胞膜上,并通过改变细胞膜的通透性,使敏感菌细胞最终裂解,从而达到杀死竞争对手,获得更多的营养物质和生存空间,提升嗜盐菌素产生菌株的生存竞争优势。大量的嗜盐菌素通过在细胞膜上结合,并形成孔洞从而裂解细胞,而一定剂量的嗜盐菌素则不会导致敏感菌株细胞的裂解。此外,自身分泌本底剂量的嗜盐菌素是否具有其他方面的生理功能尚不清楚。本研究以地中海富盐菌(Haloferax mediterranei ATCC33500)为研究对象,通过双交换基因敲除技术,成功构建了嗜盐菌素基因缺陷菌株(ΔHalH4),结果发现其在自然情况下获取外源DNA能力大大下降(减少约3个数量级);而将嗜盐菌素合成基因回补入缺陷菌株后,其获取外源DNA的能力恢复。此外,通过使用其他菌株所产生的嗜盐菌素处理嗜盐菌素缺陷菌株,其获取外源DNA的能力得到基本恢复(如图1所示)。上述研究结果清楚揭示了嗜盐菌素在嗜盐古菌摄取外源DNA方面发挥重要作用。这样的DNA获取方式不同于传统的转化、结合和转导过程,可能在自然界中广泛存在。我们的研究结果将为解释嗜盐古菌基因组上含有大量来自于细菌的基因和在嗜盐古菌之间频繁发生水平基因转移的现象提供有力证据。

 

1. 嗜盐古菌嗜盐菌素促进DNA摄取的模式图

 

该研究成果已在线发表于微生物学领域国际重要期刊Frontiers in Microbiology(https://www.frontiersin.org/articles/

10.3389/fmicb.2019.01960/fullJCR一区)上。陈绍兴博士为文章的第一作者,并与中国科学院微生物研究所向华研究员为本文的共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、国家科技基金和重要生物资源保护与利用研究安徽省省级重点实验室项目经费资助。